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Die Erzeugung von Strömen in Halbleiterstrukturen unter Verwendung von rein optischen Methoden hat in den letzten Jahren viel Beachtung gefunden. Dies liegt insbesondere daran, dass mit solchen Techniken relativ einfach spin-polarisierte Ströme und reine Spinströme erzeugt werden können, was eine Grundvoraussetzung für das neue Forschungsgebiet der Spintronik ist. Im einfachsten Fall werden hierzu spezielle Halbleiterstrukturen mit einem optischen Strahl resonant angeregt und der Strom wird durch nichtlineare optische Effekte höherer Ordnung injiziert. Durch Änderung der Polarisation des Anregungsstrahls ist es möglich, die Ströme abzuschalten bzw. sogar umzukehren.
Die Untersuchung von rein-optisch generierten Strömen basierte bisher nur auf der Anregung von freien Elektron-Loch Paaren. In der PTB ist es nun gelungen, solche Ströme durch Anregung von speziellen Resonanzübergängen, so genannten Exzitonen, zu erzeugen. Im Gegensatz zu...

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Die aktuelle Weiterentwicklung der binär geteilten 10 V Josephson Reihenschaltungen mit etwa 70000 Kontakten hat zu einer deutlichen Verbesserung der Arbeitsparameter geführt. Mit der erreichten Stufenbreite von 0,6 mA (siehe Nachricht "Programmierbare 10-V-SINIS-Schaltungen für AC-Anwendungen") sind die Schaltungen jetzt für die Wechselspannungssynthese und -messung auch bei höheren Spannungen hervorragend geeignet. Eine synthetisierte Sinuskurve einer Frequenz 16 Hz mit 32 Stützwerten pro Periode und einer Amplitude von 10 Volt ist in Bild 1 gezeigt.


Bild 1: Synthetisierte Sinuswelle

Angesteuert werden die 10 V-Schaltungen mit einer am NPL (Großbritannien) entwickelten schnellen Stromquelle. Sie musste für diesen Einsatzzweck modifiziert werden, da die maximale Ausgangsspannung der einzelnen NPL Kanalmodule auf 2.6 V begrenzt ist. Eine in der PTB entwickelte kompakte Verstärkerschaltung erlaubt es, die Ausgangsspannung eines Moduls...

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Innerhalb eines speziellen Projektes (iMERA Quickstart) ist in Kooperation mit den Metrologieinstituten Frankreichs und Großbritanniens, LNE und NPL, eine Echtzeit-Kontrolleinheit entwickelt worden, die das Verfolgen beliebiger Spannungen quantengenau innerhalb von etwa 100 µs erlaubt. Damit kann die Spannungsrampe von etwa 1 V/s, die in der dynamischen Phase eines Wattwaagen-Experiments auftritt, mit hoher Präzision verfolgt werden (s. Bild 1).
Ein unter Linux eingerichteter Computer steuert dabei die Stromquelle zur Ansteuerung der Josephson-Schaltung in Echtzeit. Die Stromquelle ist speziell für binäre Josephson-Schaltungen entwickelt worden. Sie besitzt einen Analog-Digital-Umsetzer (ADU), dessen gemessene Spannung direkt in den entsprechenden digitalen Code für die Josephson-Schaltung umgerechnet wird. Mit der Taktrate von 10 kHz wird nun die am ADU gemessene Spannung mit der Josephson-Spannung kompensiert. Die differentielle...

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Eine neue Methode zur Kalibrierung für Wechselspannungen basierend auf einer synchron synthetisierten Wellenform einer programmierbaren Josephson-Schaltung ist erfolgreich getestet worden.
Bisher werden periodische Wechselspannungen bei Frequenzen bis etwa 400 Hz mit einem Abtastverfahren kalibriert, bei dem ein hoch auflösendes Abtastvoltmeter im Vollausschlag betrieben wird. Nun wurde untersucht, welche Unsicherheiten erreicht werden können, wenn eine Wechselspannung von ± 1,2 V mit einer programmierbaren Josephson-Schaltung kompensiert wird. Die resultierende Differenzspannung zweier Rechtecksignale wurde dafür mit dem gleichen Abtastvoltmeter erfasst, allerdings, und das ist entscheidend, in einem Messbereich des Voltmeters mit höherer Auflösung. Um Unsicherheiten der zu messenden Wellenform auszuschließen, wurde diese mit einem zweiten Josephson-Synthesizer erzeugt. In dem Bild sind die Messergebnisse für Frequenzen bis 5 kHz...

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Mikropotentiometer werden seit langem zur rückführbaren Erzeugung kleiner Wechselspannungen bei der Kalibrierung von Messgeräten eingesetzt. Da vielfach die Ausgangsimpedanz des Mikropotentiometers nicht vernachlässigbar klein gegenüber der Eingangsimpedanz des Messgerätes ist, müssen Korrekturen angebracht werden, die die Messunsicherheit der Kalibrierung vergrößern.
Eine Möglichkeit zur Verringerung des Korrektureinflusses ist ein kleinerer Ausgangswiderstand des Mikropotentiometers, welches dann, um weiterhin die geforderte Ausgangsspannung zu liefern, mit einer höheren Stromstärke betrieben werden muss. Dazu ist ein Strommesswiderstand (Shunt) nötig, da planare Thermokonverter, die zur Strommessung eingesetzt werden, nur für Stromstärken bis etwa 20 mA verfügbar sind.
Seit einiger Zeit sind Wechselstrom-Shunts verfügbar, die bis zu Frequenzen von 1 MHz Wechsel-Gleich-Transferdifferenzen von nur einigen zehn µΩ/Ω mit einer...

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Neu entwickelte berechenbare Dünnschicht-Thermokonverter auf Quarzsubstrat trugen beim Wechselspannungs-Gleichspannungs-Transfer im Frequenzbereich bis 1 MHz zu einer erheblich verringerten Messunsicherheit bei. Wegen ihres kapazitäts- und verlustarmen Aufbaues eignen sie sich grundsätzlich auch für höhere Frequenzen bis über 100 MHz.
Zum Wechselspannungs-Gleichspannungs-Transfer im Hochfrequenzbereich werden bislang Einzelthermokonverter eingesetzt. Die damit erreichbaren Messunsicherheiten für Frequenzen bis 100 MHz liegen im Promille- bis Prozent-Bereich. In der PTB im Rahmen einer Doktorarbeit entwickelte planare Vielfachthermokonverter auf Quarzsubstrat zeichnen sich durch exakt definierte Parameter aus und erreichen auch bei hohen Frequenzen geringe Transferdifferenzen, die sich auch für Frequenzen bis über 100 MHz mit geringer Unsicherheit berechnen lassen. Somit sollten sich durch den Einsatz von Quarz-Thermokonvertern die...

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Die Kalibrierung von Temperaturmessbrücken mit geringer Unsicherheit erfordert niedrige Rauschbandbreiten (bis herab zu 0,1 Hz), um die erforderliche Auflösung zu erzielen. Wird dann noch eine große Anzahl von Messpunkten gewünscht und jeder Messwert als Mittelwert aus zehn oder mehr Einzelmessungen gebildet, kann eine Kalibrierung sehr zeitaufwändig werden. Als rationelle Lösung bietet sich ein automatischer Messplatz an. Da bisherige Brückennormale (siehe PTB-Jahresbericht 2005 "Verringerte Messunsicherheit für Wechselspannungs-Temperaturmessbrücken mit neuem Brückennormal") nur manuell zu bedienen waren, wurde ein rechnersteuerbares Normal entwickelt und aufgebaut (Bild 1). Wie bei den manuellen Normalen dient auch hier als Basis ein induktiver Zweikern-Spannungsteiler mit 24 Teilwicklungen und separater Magnetisierungswicklung (Prinzip siehe Bild 2). Der von der zu kalibrierenden Temperaturmessbrücke gelieferte Messstrom wird über...

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In der Hochfrequenz-Leistungsmesstechnik wird die Kalibrierung von thermischen und Dioden-Leistungsmessköpfen, durch deren Einsatz die Leistungsmessung in industriellen Anwendungen fast vollständig abgedeckt wird, durch direkten Vergleich (Außenvergleich) mit Thermistor-Leistungsnormalen durchgeführt, wobei letztere in Mikrokalorimetern der PTB durch Bestimmung des effektiven Wirkungsgrades kalibriert werden. Da die Kalibrierung von Thermistor-Leistungsnormalen durch Kalorimetermessung extrem aufwändig und zeitintensiv ist, stellt der Außenvergleich eine kostengünstige und effiziente Alternative unter Inkaufnahme geringfügig größerer Messunsicherheiten dar.
Als Kenngröße eines Leistungsmesskopfes wird der Kalibrierungsfaktor ηcal angegeben. Er ist als Verhältnis zweier Leistungen definiert, die auf den Messkopf bei einer MHz-Referenzfrequenz und bei der GHz-Messfrequenz eingestrahlt werden und die dabei an einem zugehörigen Grundgerät...

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Bei Wechselspannungsprüfungen von Betriebsmitteln der elektrischen Energieversorgung wird häufig der Scheitelwert der Prüfspannung gemessen, da dieser für den Über- bzw. Durchschlag von Hochspannungsisolierungen bei Kurzzeitbeanspruchung maßgebend ist. Der Effektivwert ist dagegen bei der Langzeitbeanspruchung und für Messwandler, die zur Messung des Energieverbrauchs Verwendung finden, die geeignetere Messgröße. Eine weitere Messgröße ist der Oberschwingungsgehalt (Frequenzspektrum) der Prüfspannung, mit dem die Abweichung der netzfrequenten Hochspannung von der idealen Sinusschwingung charakterisiert wird. Zur Kalibrierung von Hochspannungsmesssystemen für diese Größen wurde die Eignung einer neuen hochgenauen Messeinrichtung mit digitaler Datenverarbeitung untersucht [1]. Sie ist im wesentlichen aus drei Komponenten aufgebaut: einem Druckgaskondensator der Bauart nach Schering und Vieweg für die verschiedenen Spannungsbereiche bis...
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Der Phasenwinkel zwischen zwei sinusförmigen Messsignalen kann, neben anderen Verfahren, durch Abtastung und anschließende Fouriertransformation (DFT) bestimmt werden. Dabei werden bei dem Heterodynverfahren die Messsignale vor der Abtastung moduliert, was bei höheren Messfrequenzen Vorteile gegenüber einer direkten Abtastung bietet. Die beiden Messsignale uN und uX werden mit einem sinusförmigen Hilfssignal uHmit geringem Frequenzunterschied analog multipliziert. Gemäß den Additionstheoremen trigonometrischer Funktionen ist das Ausgangssignal eines Multiplizierers eine Überlagerung zweier sinusförmiger Schwingungen. Der Schwingungsanteil mit der Differenzfrequenz wird mittels Tiefpassfilter ausgekoppelt. Das Messverfahren ist im Bild 1 dargestellt.


Bild 1: Schematischer Aufbau des Messverfahrens

Die an den Ausgängen der Filter alternierend abgetasteten Signale sind nunmehr in der Amplitude und in der Zeit skaliert, wobei der...

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